資源描述：
《金屬微納結(jié)構(gòu)中光與等離激元的耦合效應(yīng)及其調(diào)控》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、南京大學(xué)博士論文南京大學(xué)物理學(xué)院南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的耦合效應(yīng)及其調(diào)控CouplingEffectsofLightandSurfacePlasmonsinMetalMicrostructuresanditsManipulation指導(dǎo)教師：彭茹雯教授博士生：高峰金屬微納結(jié)構(gòu)中光與表面等離激元的耦合及其調(diào)控近年來，等離激元學(xué)(Plasmonics)展現(xiàn)出許多獨(dú)特的物理性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景，受到人們廣泛的關(guān)注。所謂表面等離激元(surfaceplasmon)，廣義上是指沿導(dǎo)體表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?，它在垂直于?dǎo)體表面方向上呈指數(shù)衰減。最近十年，隨著微加工技術(shù)的
2、飛速發(fā)展和理論研究的逐漸深入，等離激元學(xué)中涌現(xiàn)出許多新奇的物理現(xiàn)象，包括異常光透射、突破衍射極限成像、光學(xué)磁性、負(fù)折射現(xiàn)象、納米激光等，相關(guān)研究在等離激元芯片、光產(chǎn)生、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯微技術(shù)和納米印刷技術(shù)等方面有著重要的應(yīng)用。但是等離激元學(xué)仍然存在一些亟待解決的問題，比如等離激元材料的損耗問題、窄帶效應(yīng)等。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究金屬微納結(jié)構(gòu)中光與表面等離激元的耦合效應(yīng)及其調(diào)控，同時(shí)探討它們在新型光電材料和器件中可能的應(yīng)用，具體內(nèi)容如下：第一，我們從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面研究亞波長金屬小孔陣列中表面等離激元的激發(fā)和異常強(qiáng)光透射性質(zhì)。我們設(shè)計(jì)和制備出一系列亞波長金屬小孔陣
3、列，利用不同偏振的入射光激發(fā)該系統(tǒng)以探討異常強(qiáng)光透射產(chǎn)生的物理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，該系統(tǒng)中存在傳播型等離激元和局域型等離激元；局域型等離激元的激發(fā)和入射光的波長以及小孔幾何等有關(guān)的；而傳播型等離激元的激發(fā)不僅和入射光的波長有關(guān)，而且與入射光的偏振以及小孔陣列的排布等都緊密關(guān)聯(lián)；傳播型和局域型等離激元共同作用導(dǎo)致光在該系統(tǒng)中出現(xiàn)異常強(qiáng)透射的現(xiàn)象。該工作清晰地給出了亞波長金屬小孔陣列中異常強(qiáng)光透射發(fā)生的物理原因以及微觀物理過程。第二，我們利用干涉層對亞波長金屬小孔陣列中光透射進(jìn)行調(diào)控。我們知道由于金屬材料的損耗問題，等離激元系統(tǒng)中遠(yuǎn)場光學(xué)效應(yīng)往往比較微弱。為了增強(qiáng)
4、遠(yuǎn)場光學(xué)效應(yīng)，我們在亞波長金屬小孔陣列系統(tǒng)中首次引入干涉層，理論和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)干涉層的厚度，光在該系統(tǒng)中的透射強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)金屬微納結(jié)構(gòu)中光與表面等離激元的耦合及其調(diào)控一步增強(qiáng)、也可以保持不變、也可以被減弱。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，在透射強(qiáng)度被增強(qiáng)的系統(tǒng)中，透射峰的品質(zhì)因子也進(jìn)一步提高。從而我們利用可控的干涉層，實(shí)現(xiàn)了等離激元系統(tǒng)中遠(yuǎn)場光透射的成倍增強(qiáng)，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對該系統(tǒng)中光透射性質(zhì)的實(shí)時(shí)調(diào)控，該工作為發(fā)展新型等離激元材料和器件提供了一種科學(xué)思路。第三，我們利用等離激元的能帶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對亞波長金屬小孔陣列中光透射的調(diào)控。我們設(shè)計(jì)和制備出具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的金屬與
5、介電亞波長系統(tǒng)。基于有限元差分的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，該復(fù)合微結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)特殊的等離激元能帶結(jié)構(gòu)，它不同于一般亞波長金屬小孔陣列系統(tǒng)的情形。該等離激元的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致原先出現(xiàn)在一般系統(tǒng)中的光透射峰發(fā)生劈裂、紅移或者藍(lán)移、甚至被抑制等幾種情形。在此基礎(chǔ)上，我們揭示了出現(xiàn)這些性質(zhì)的微觀機(jī)制。該工作為研制和發(fā)展等離激元晶體開拓思路。此外，我們還實(shí)驗(yàn)研究了亞波長金屬小孔陣列中熒光增強(qiáng)效應(yīng)。初步的實(shí)驗(yàn)研究表明，在金屬小孔陣列系統(tǒng)中羅丹明分子等出現(xiàn)熒光增強(qiáng)，在合適的條件下，實(shí)驗(yàn)觀測到該熒光增強(qiáng)的倍數(shù)至少高達(dá)幾十倍。相關(guān)研究工作為我們深入開展非線性等離激元材料的研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)
6、?？傊?，我們通過以上幾個(gè)方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究，揭示了金屬微納結(jié)構(gòu)中表面等離激元與光的一些耦合效應(yīng)，給出了調(diào)控這些耦合效應(yīng)的幾種手段，同時(shí)探討它們在新型光電材料和器件中可能的應(yīng)用。研究結(jié)果豐富和發(fā)展了等離激元學(xué)和亞波長光子學(xué)，為發(fā)展新型電磁材料和器件提供科學(xué)依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)對電磁波的調(diào)控開拓思路。THESIS：CouplingEffectsofLightandSurfacePlasmonsinMetalMicrostructuresanditsManipulationSPECIALIZATION：Micro．a(chǎn)ndNano．PhotonicsPOSTGRADUATE：
7、FengGaoMENTOR：Prof．RuwenPengSincetheconceptofsurfaceplasmonswasproposed，owningtoitsuniqueopticalpropertyandgreatpotentialforapplication，surfaceplasmonswereextensivelystudiedbymanyscientists．Recently,withthedevelopmentofmicro．a(chǎn)ndnano．fabricationtechnologiesandtheoreticalstudy,wearewit
8、nessingadram
